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Unzählige Datenablagen nebeneinander aufgereiht.

Die Cloud als Brücke zum Quantencomputing

Wie Cloud Services Unternehmen schon heute einen Zugang zur Quantenwelt ermöglichen

25. Mai 2022Ralf Hülsmann

Quanteninformatik ist die Zukunft

Laut dem Moore´schen Gesetz ist die Rechenleistung endlich, die auf Computerchips untergebracht werden kann. Die Größe der Prozessoren liegt momentan bei sieben Nanometern – also bei winzigen 0,000007 Millimetern. Sehr viel kleiner geht es kaum noch, sodass die Kapazitätsgrenze herkömmlicher Chips voraussichtlich bald erreicht sein wird. Andererseits verlangen komplexe Anwendungen beispielsweise auf Basis von Künstlicher Intelligenz (KI) immer mehr Rechenleistung. Eine Lösung bietet hier die Quanteninformatik.

Wie funktioniert Quantencomputing?

Ein blauer, digitaler und abstrakter Quantencomputing Baustein

Im Gegensatz zu traditionellen Computern arbeiten Quantenrechner nicht auf Basis von elektronischen, sondern von quantenmechanischen Zuständen. Dazu nutzen sie physikalische Prinzipien der Quantenmechanik. Statt Bits und die Zustände 0 und 1 verwenden sie Quantenbits. Die sogenannten Qubits können mehr als die zwei Zustände 0 und 1 annehmen, da sie sich miteinander verschränken lassen. Berechnungen, für die ein aktueller Supercomputer Jahre bräuchte, erledigen Quantencomputer in wenigen Minuten. Denn anstatt wie bei klassischen Computern die Berechnungen nach und nach durchzuführen, führen Quantencomputer mehrere gleichzeitig durch. Auf diese Weise können sie sehr große Datenmengen verarbeiten und deutlich mehr leisten als Cloud-Technologien oder High Performance Computing (HPC). Die Besonderheit: Während die Grundlagenforschung weiter auf Hochtouren läuft, startet bereits die kommerzielle Nutzung von Quantencomputern, etwa mit der Suche nach guten Use Cases und Technologie-Kombinationen.

Ein Quantensprung für Innovation

Aufgrund der unglaublich hohen Rechenleistung hat Quantencomputing das Potenzial, Schlüsselbereiche unserer Wirtschaft zu revolutionieren – zum Beispiel bei der Steuerung des Energiebedarfs. Oder in einer Smart City: Hier lassen sich Verkehrsströme durch Quantensimulation theoretisch so steuern, dass Staus der Vergangenheit angehören könnten. Daneben ist Quantencomputing prädestiniert für umfangreiche Risikoanalysen in der Versicherungs- und Finanzbranche. Und auch im Gesundheitswesen gibt es viele denkbare Anwendungsfelder. Mithilfe von Quantenrechnern könnten Mediziner im Rahmen der Krebsbehandlung genetische Informationen analysieren und individuelle Behandlungsmethoden für Patienten ermitteln.

Milliarden für die Forschung

Menschen sitzen und stehen um einen Laptop und diskutieren miteinander.

Laut einer Studie von McKinsey von 2020 lag Deutschland in Sachen Quantencomputing – Zahl der Unternehmen, Start-ups, Förderprogramme und Forschungsgruppen – weltweit auf dem vierten Platz hinter Großbritannien, Kanada und dem Spitzenreiter USA. Gleichzeitig betrug die Summe der staatlichen Finanzförderung für Quantencomputing hierzulande bis zum Jahr 2020 insgesamt rund 2,7 Milliarden US-Dollar – ein weltweiter Spitzenwert. Für die nächsten fünf Jahre hatte die Bundesregierung im Mai 2021 weitere zwei Milliarden Euro für die Entwicklung von Quantencomputern freigegeben. Das Ziel: Deutschland in der Entwicklung und praktischen Anwendung des Quantencomputings an die Weltspitze zu bringen.

Neuer Marktführer für Quanten-Services

Wie die Bundesregierung sieht auch T-Systems großes Potenzial im Quantencomputing. Dass die Technologie weit oben auf unserer Agenda steht, unterstrich zuletzt Tim Höttges, Vorstandsvorsitzender der Telekom, auf der diesjährigen Hauptversammlung im April. In seiner Keynote rückte er neben Metaverse und NFTs das Quantencomputing als wichtiges Innovationsthema in den Mittelpunkt. Max Ahrens, Chief Technology Officer bei T-Systems, sowie ein Team unter der Leitung von Dr. Andre Engelbertz – selbst Physiker – treiben bei T-Systems schon heute die Entwicklung voran.

Dabei verfolgt T-Systems ehrgeizige Ziele: „Mit unseren Innovationen und Services wollen wir zum führenden Quantencomputing-Dienstleister in Europa werden“, sagt Ahrens. „Wir wollen das volle Potenzial von Quantencomputing heben, um unseren Kunden zu größerem wirtschaftlichen Erfolg zu verhelfen.“ Dafür beteiligen wir uns seit 2021 an dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt PlanQK. Ziel des Konsortiums aus Unternehmen, Verbänden und Forschung ist es, eine Plattform und ein Ökosystem für quantenunterstützte Künstliche Intelligenz zu entwickeln. Nutzer sollen dabei auf einen Quanten-AppStore zugreifen und Entwickler einfach Quanten-Plattformen nutzen können. Während sich die Telekom Innovation Laboratories, kurz T-Labs, auf die Forschung konzentrieren, begleitet T-Systems erste Industriekunden dabei, Quantentechnologien für konkrete Anwendungsfälle zu nutzen.

Von der Cloud-Infrastruktur zum Quantencomputing

Vielfach arbeiten Quantencomputer noch ungenau. Das sogenannte Quantenrauschen geht auf die Unschärferelation von Heisenberg und Schrödinger zurück. Es bedeutet, dass zwei komplementäre Eigenschaften – zum Beispiel das Auswerten großer Datensätze mit Abhängigkeiten von Impuls und Zeit – eines Teilchens nicht gleichzeitig mit beliebiger Genauigkeit bestimmt werden können. Um dieses Problem zu lösen, setzt T-Systems eine cloudbasierte Software zur Quantensimulation ein, die sich wie ein Quantencomputer verhält, aber zuverlässiger und deutlich günstiger ist. Im ersten Schritt ist geplant, die Open Telekom Cloud als Cloud-Infrastruktur und Datenspeicher zu nutzen.

Als hochspezialisierte Rechner werden auch Quantencomputer immer massiv auf traditionelle IT-Infrastrukturen zurückgreifen müssen. Schon heute können Cloud Services und High Performance Computing große Datenmengen verarbeiten, mithilfe von Künstlicher Intelligenz auswerten und Prognosen erstellen. Verbindet man diese mit Quantensimulatoren, Quanten-Annealern oder später mit klassischen Quantencomputern, ist die Brücke geschafft zwischen bestehender Infrastruktur und den neuen Wunderrechnern.

Wir haben uns hohe Ziele gesetzt und wollen der führende Quantencomputing-Dienstleister in Europa werden.

Max Ahrens, Chief Technology Officer bei T-Systems

Ausblick: Quo vadis Quantencomputing?

Noch steckt Quantencomputing in den Kinderschuhen. Wir wissen heute noch nicht, welche Technologie führend sein wird. Oder, was Quantenrechner einmal leisten und wann sie flächendeckend verfügbar sein werden. Während die Grundlagenforschung noch andauert, setzen unsere Kunden Quantentechnologie schon für erste Anwendungsfälle ein. Auch unsere Partner wie AWS, Google Cloud Platform oder Microsoft Azure sind bereits dabei, sich zu positionieren. Mit unserem breiten Multi- und Hybrid-Cloud-Angebot und unseren langjährigen Erfahrungen sehen wir uns gut aufgestellt, um als europäischer Quantum-Computing-Player künftig eine gewichtige Rolle zu spielen. Mit der Beteiligung am Projekt PlanQK und unseren ersten Anwendungsfällen in der Industrie sind wichtige Schritte bereits gemacht.

Zum Autor
Foto von Ralf Hülsmann

Ralf Hülsmann

Head of Innovation Management Cloud Services, T-Systems International GmbH

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